分布式協(xié)調(diào)技術(shù)

在學(xué)習(xí)ZooKeeper之前需要先了解一種技術(shù)——分布式協(xié)調(diào)技術(shù)。那么什么是分布式協(xié)調(diào)技術(shù)？其實(shí)分布式協(xié)調(diào)技術(shù)主要用來解決分布式環(huán)境當(dāng)中多個(gè)進(jìn)程之間的同步控制，讓他們有序的去訪問某種臨界資源，防止造成"臟數(shù)據(jù)"的后果。這時(shí)，有人可能會(huì)說這個(gè)簡(jiǎn)單，寫一個(gè)調(diào)度算法就輕松解決了。說這句話的人，可能對(duì)分布式系統(tǒng)不是很了解，所以才會(huì)出現(xiàn)這種誤解。如果這些進(jìn)程全部是跑在一臺(tái)機(jī)上的話，相對(duì)來說確實(shí)就好辦了，問 題就在于他是在一個(gè)分布式的環(huán)境下，這時(shí)問題又來了，那什么是分布式呢？可以通過下面這張圖幫助大家理解這方面的內(nèi)容，如下圖所示。

　　給大家分析一下這張圖，在這圖中有三臺(tái)機(jī)器，每臺(tái)機(jī)器各跑一個(gè)應(yīng)用程序。然后我們將這三臺(tái)機(jī)器通過網(wǎng)絡(luò)將其連接起來，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)來為用戶提供服務(wù)，對(duì)用戶來說這個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)是透明的，他感覺不到我這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)什么樣的架構(gòu)。那么我們就可以把這種系統(tǒng)稱作一個(gè)分布式系統(tǒng)。
　　那我們接下來再分析一下，在這個(gè)分布式系統(tǒng)中如何對(duì)進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度，我假設(shè)在第一臺(tái)機(jī)器上掛載了一個(gè)資源，然后這三個(gè)物理分布的進(jìn)程都要競(jìng)爭(zhēng)這個(gè)資源，但我們又不希望他們同時(shí)進(jìn)行訪問，這時(shí)候我們就需要一個(gè)協(xié)調(diào)器，來讓他們有序的來訪問這個(gè)資源。這個(gè)協(xié)調(diào)器就是我們經(jīng)常提到的那個(gè)鎖，比如說"進(jìn)程A"在使用該資源的時(shí)候，會(huì)先去獲得鎖，"進(jìn)程A"獲得鎖以后會(huì)對(duì)該資源保持獨(dú)占，這樣其他進(jìn)程就無法訪問該資源，"進(jìn)程A"用完該資源以后就將鎖釋放掉，讓其他進(jìn)程來獲得鎖，那么通過這個(gè)鎖機(jī)制，我們就能保證了分布式系統(tǒng)中多個(gè)進(jìn)程能夠有序的訪問該臨界資源。那么我們把這個(gè)分布式環(huán)境下的這個(gè)鎖叫作分布式鎖。這個(gè)分布式鎖也就是我們分布式協(xié)調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心內(nèi)容，那么如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)分布式呢，那就是我們后面要講的內(nèi)容。

分布式鎖的實(shí)現(xiàn)

面臨的問題

在看了上圖所示的分布式環(huán)境之后，有人可能會(huì)感覺這不是很難。無非是將原來在同一臺(tái)機(jī)器上對(duì)進(jìn)程調(diào)度的原語，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在分布式環(huán)境中。是的，表面上是可以這么說。但是問題就在網(wǎng)絡(luò)這，在分布式系統(tǒng)中，所有在同一臺(tái)機(jī)器上的假設(shè)都不存在：因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)是不可靠的。
　　比如，在同一臺(tái)機(jī)器上，你對(duì)一個(gè)服務(wù)的調(diào)用如果成功，那就是成功，如果調(diào)用失敗，比如拋出異常那就是調(diào)用失敗。但是在分布式環(huán)境中，由于網(wǎng)絡(luò)的不可靠，你對(duì)一個(gè)服務(wù)的調(diào)用失敗了并不表示一定是失敗的，可能是執(zhí)行成功了，但是響應(yīng)返回的時(shí)候失敗了。還有，A和B都去調(diào)用C服務(wù)，在時(shí)間上 A還先調(diào)用一些，B后調(diào)用，那么最后的結(jié)果是不是一定A的請(qǐng)求就先于B到達(dá)呢？ 這些在同一臺(tái)機(jī)器上的種種假設(shè)，我們都要重新思考，我們還要思考這些問題給我們的設(shè)計(jì)和編碼帶來了哪些影響。還有，在分布式環(huán)境中為了提升可靠性，我們往往會(huì)部署多套服務(wù)，但是如何在多套服務(wù)中達(dá)到一致性，這在同一臺(tái)機(jī)器上多個(gè)進(jìn)程之間的同步相對(duì)來說比較容易辦到，但在分布式環(huán)境中確實(shí)一個(gè)大難題。
　　所以分布式協(xié)調(diào)遠(yuǎn)比在同一臺(tái)機(jī)器上對(duì)多個(gè)進(jìn)程的調(diào)度要難得多，而且如果為每一個(gè)分布式應(yīng)用都開發(fā)一個(gè)獨(dú)立的協(xié)調(diào)程序。一方面，協(xié)調(diào)程序的反復(fù)編寫浪費(fèi)，且難以形成通用、伸縮性好的協(xié)調(diào)器。另一方面，協(xié)調(diào)程序開銷比較大，會(huì)影響系統(tǒng)原有的性能。所以，急需一種高可靠、高可用的通用協(xié)調(diào)機(jī)制來用以協(xié)調(diào)分布式應(yīng)用。

分布式鎖的實(shí)現(xiàn)者

目前，在分布式協(xié)調(diào)技術(shù)方面做得比較好的就是Google的Chubby還有Apache的ZooKeeper他們都是分布式鎖的實(shí)現(xiàn)者。有人會(huì)問既然有了Chubby為什么還要弄一個(gè)ZooKeeper，難道Chubby做得不夠好嗎？不是這樣的，主要是Chbby是非開源的，Google自家用。后來雅虎模仿Chubby開發(fā)出了ZooKeeper，也實(shí)現(xiàn)了類似的分布式鎖的功能，并且將ZooKeeper作為一種開源的程序捐獻(xiàn)給了Apache，那么這樣就可以使用ZooKeeper所提供鎖服務(wù)。而且在分布式領(lǐng)域久經(jīng)考驗(yàn)，它的可靠性，可用性都是經(jīng)過理論和實(shí)踐的驗(yàn)證的。所以我們?cè)跇?gòu)建一些分布式系統(tǒng)的時(shí)候，就可以以這類系統(tǒng)為起點(diǎn)來構(gòu)建我們的系統(tǒng)，這將節(jié)省不少成本，而且bug也 將更少。

Zookeeper介紹

ZooKeeper 是分布式應(yīng)用程序的分布式開源協(xié)調(diào)服務(wù)。它公開了一組簡(jiǎn)單的原語，分布式應(yīng)用程序可以基于這些原語實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的同步、配置維護(hù)、組和命名服務(wù)等。它被設(shè)計(jì)為易于編程，并使用一種數(shù)據(jù)模型，該模型以熟悉的文件系統(tǒng)目錄樹結(jié)構(gòu)為風(fēng)格。它在 Java 中運(yùn)行，并具有 Java 和 C 的綁定。眾所周知，協(xié)調(diào)服務(wù)很難做好。它們特別容易出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)條件和死鎖等錯(cuò)誤。ZooKeeper背后的動(dòng)機(jī)是減輕分布式應(yīng)用程序從頭開始實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)服務(wù)的責(zé)任。

設(shè)計(jì)目標(biāo)

ZooKeeper 很簡(jiǎn)單。ZooKeeper 允許分布式進(jìn)程通過共享的分層命名空間相互協(xié)調(diào)，該命名空間的組織方式類似于標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)。命名空間由數(shù)據(jù)寄存器組成——在 ZooKeeper 用語中稱為 znodes——它們類似于文件和目錄。然后在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上定義了一些原語，也就是一些關(guān)于該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一些操作。有了這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和原語還不夠，因?yàn)槲覀兊腪ooKeeper是工作在一個(gè)分布式的環(huán)境下，我們的服務(wù)是通過消息以網(wǎng)絡(luò)的形式發(fā)送給我們的分布式應(yīng)用程序，所以還需要一個(gè)通知機(jī)制——Watcher機(jī)制。綜上，ZooKeeper所提供的服務(wù)主要是通過：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+原語+watcher機(jī)制，三個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)的。與為存儲(chǔ)而設(shè)計(jì)的典型文件系統(tǒng)不同，ZooKeeper 數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中，這意味著 ZooKeeper 可以實(shí)現(xiàn)高吞吐量和低延遲數(shù)字。

ZooKeeper 實(shí)施非常重視高性能、高可用性、嚴(yán)格有序的訪問。ZooKeeper 的性能方面意味著它可以用于大型分布式系統(tǒng)?？煽啃苑矫媸蛊洳粫?huì)成為單點(diǎn)故障。嚴(yán)格的排序意味著可以在客戶端實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的同步原語。

ZooKeeper 被復(fù)制。與它協(xié)調(diào)的分布式進(jìn)程一樣，ZooKeeper 本身旨在通過一組稱為 ensemble 的主機(jī)進(jìn)行復(fù)制。

組成 ZooKeeper 服務(wù)的服務(wù)器必須相互了解。它們?cè)趦?nèi)存中維護(hù)狀態(tài)圖像，以及持久存儲(chǔ)中的事務(wù)日志和快照。只要大多數(shù)服務(wù)器可用，ZooKeeper 服務(wù)就可用。

客戶端連接到單個(gè) ZooKeeper 服務(wù)器。客戶端維護(hù)一個(gè) TCP 連接，通過它發(fā)送請(qǐng)求、獲取響應(yīng)、獲取監(jiān)視事件并發(fā)送心跳。如果與服務(wù)器的 TCP 連接中斷，客戶端將連接到不同的服務(wù)器。

ZooKeeper 已訂購。ZooKeeper 使用反映所有 ZooKeeper 事務(wù)順序的數(shù)字標(biāo)記每個(gè)更新。后續(xù)操作可以使用該順序來實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的抽象，例如同步原語。

ZooKeeper 速度很快。它在“以讀取為主”的工作負(fù)載中尤其快。ZooKeeper 應(yīng)用程序在數(shù)千臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，它在讀取比寫入更常見的情況下表現(xiàn)最佳，比率約為 10:1。

zookeeper數(shù)據(jù)模型和分層命名空間

ZooKeeper 提供的命名空間很像標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)。名稱是由斜杠 (/) 分隔的一系列路徑元素。ZooKeeper 命名空間中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都由路徑標(biāo)識(shí)。

從上圖中我們可以看出ZooKeeper的數(shù)據(jù)模型，在結(jié)構(gòu)上和標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)的非常相似，都是采用這種樹形層次結(jié)構(gòu)，ZooKeeper樹中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)被稱為—Znode。和文件系統(tǒng)的目錄樹一樣，ZooKeeper樹中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以擁有子節(jié)點(diǎn)。但也有不同之處：
(1) 引用方式
　　Zonde通過路徑引用，如同Unix中的文件路徑。路徑必須是絕對(duì)的，因此他們必須由斜杠字符來開頭。除此以外，他們必須是唯一的，也就是說每一個(gè)路徑只有一個(gè)表示，因此這些路徑不能改變。在ZooKeeper中，路徑由Unicode字符串組成，并且有一些限制。字符串"/zookeeper"用以保存管理信息，比如關(guān)鍵配額信息。

(2) Znode結(jié)構(gòu)
　　ZooKeeper命名空間中的Znode，兼具文件和目錄兩種特點(diǎn)。既像文件一樣維護(hù)著數(shù)據(jù)、元信息、ACL、時(shí)間戳等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又像目錄一樣可以作為路徑標(biāo)識(shí)的一部分。圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)稱為一個(gè)Znode。 每個(gè)Znode由3部分組成:
　?、?stat：此為狀態(tài)信息, 描述該Znode的版本, 權(quán)限等信息
　　② data：與該Znode關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)
　?、?children：該Znode下的子節(jié)點(diǎn)
　　ZooKeeper雖然可以關(guān)聯(lián)一些數(shù)據(jù)，但并沒有被設(shè)計(jì)為常規(guī)的數(shù)據(jù)庫或者大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，相反的是，它用來管理調(diào)度數(shù)據(jù)，比如分布式應(yīng)用中的配置文件信息、狀態(tài)信息、匯集位置等等。這些數(shù)據(jù)的共同特性就是它們都是很小的數(shù)據(jù)，通常以KB為大小單位。ZooKeeper的服務(wù)器和客戶端都被設(shè)計(jì)為嚴(yán)格檢查并限制每個(gè)Znode的數(shù)據(jù)大小至多1M，但常規(guī)使用中應(yīng)該遠(yuǎn)小于此值。

(3) 數(shù)據(jù)訪問
　　ZooKeeper中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)要被原子性的操作。也就是說讀操作將獲取與節(jié)點(diǎn)相關(guān)的所有數(shù)據(jù)，寫操作也將替換掉節(jié)點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)。另外，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有自己的ACL(訪問控制列表)，這個(gè)列表規(guī)定了用戶的權(quán)限，即限定了特定用戶對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)可以執(zhí)行的操作。
(4) 節(jié)點(diǎn)類型
　　ZooKeeper中的節(jié)點(diǎn)有兩種，分別為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)和永久節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的類型在創(chuàng)建時(shí)即被確定，并且不能改變。
　　① 臨時(shí)節(jié)點(diǎn)：該節(jié)點(diǎn)的生命周期依賴于創(chuàng)建它們的會(huì)話。一旦會(huì)話(Session)結(jié)束，臨時(shí)節(jié)點(diǎn)將被自動(dòng)刪除，當(dāng)然可以也可以手動(dòng)刪除。雖然每個(gè)臨時(shí)的Znode都會(huì)綁定到一個(gè)客戶端會(huì)話，但他們對(duì)所有的客戶端還是可見的。另外，ZooKeeper的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)不允許擁有子節(jié)點(diǎn)。
　?、?永久節(jié)點(diǎn)：該節(jié)點(diǎn)的生命周期不依賴于會(huì)話，并且只有在客戶端顯示執(zhí)行刪除操作的時(shí)候，他們才能被刪除。
(5) 順序節(jié)點(diǎn)
　　當(dāng)創(chuàng)建Znode的時(shí)候，用戶可以請(qǐng)求在ZooKeeper的路徑結(jié)尾添加一個(gè)遞增的計(jì)數(shù)。這個(gè)計(jì)數(shù)對(duì)于此節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)來說是唯一的，它的格式為"%10d"(10位數(shù)字，沒有數(shù)值的數(shù)位用0補(bǔ)充，例如"0000000001")。當(dāng)計(jì)數(shù)值大于232-1時(shí)，計(jì)數(shù)器將溢出。

(6) 觀察
　　客戶端可以在節(jié)點(diǎn)上設(shè)置watch，我們稱之為監(jiān)視器。當(dāng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)(Znode的增、刪、改)將會(huì)觸發(fā)watch所對(duì)應(yīng)的操作。當(dāng)watch被觸發(fā)時(shí)，ZooKeeper將會(huì)向客戶端發(fā)送且僅發(fā)送一條通知，因?yàn)閣atch只能被觸發(fā)一次，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)流量。
3.6.0 中的新功能：客戶端還可以在 znode 上設(shè)置永久的遞歸監(jiān)??視，這些監(jiān)視在觸發(fā)時(shí)不會(huì)被刪除，并且會(huì)以遞歸方式觸發(fā)已注冊(cè) znode 以及任何子 znode 上的更改。

ZooKeeper中的時(shí)間

致使ZooKeeper節(jié)點(diǎn)狀態(tài)改變的每一個(gè)操作都將使節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)Zxid格式的時(shí)間戳，并且這個(gè)時(shí)間戳全局有序。也就是說，每個(gè)對(duì)節(jié)點(diǎn)的改變都將產(chǎn)生一個(gè)唯一的Zxid。如果Zxid1的值小于Zxid2的值，那么Zxid1所對(duì)應(yīng)的事件發(fā)生在Zxid2所對(duì)應(yīng)的事件之前。實(shí)際上，ZooKeeper的每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)者三個(gè)Zxid值，為別為：cZxid、mZxid、pZxid。
① cZxid： 是節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建時(shí)間所對(duì)應(yīng)的Zxid格式時(shí)間戳。
② mZxid：是節(jié)點(diǎn)的修改時(shí)間所對(duì)應(yīng)的Zxid格式時(shí)間戳。
③ pZxid： 是與該節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)（或該節(jié)點(diǎn)）的最近一次 創(chuàng)建/刪除 的時(shí)間戳對(duì)應(yīng)

實(shí)現(xiàn)中Zxid是一個(gè)64為的數(shù)字，它高32位是epoch用來標(biāo)識(shí)leader關(guān)系是否改變，每次一個(gè)leader被選出來，它都會(huì)有一個(gè) 新的epoch。低32位是個(gè)遞增計(jì)數(shù)版本號(hào)
對(duì)節(jié)點(diǎn)的每一個(gè)操作都將致使這個(gè)節(jié)點(diǎn)的版本號(hào)增加。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)著三個(gè)版本號(hào)，他們分別為：
① version：節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)版本號(hào)
② cversion：子節(jié)點(diǎn)版本號(hào)
③ aversion：節(jié)點(diǎn)所擁有的ACL版本號(hào)

ZooKeeper節(jié)點(diǎn)屬性

通過前面的介紹，我們可以了解到，一個(gè)節(jié)點(diǎn)自身擁有表示其狀態(tài)的許多重要屬性，如下圖所示。
Znode節(jié)點(diǎn)屬性結(jié)構(gòu)

屬性	描述
czxid	節(jié)點(diǎn)被創(chuàng)建的zxid
mzxid	節(jié)點(diǎn)被修改的zxid .
ctime	節(jié)點(diǎn)被創(chuàng)建的時(shí)間
mtime	節(jié)點(diǎn)被修改的zxid
version	節(jié)點(diǎn)被修改的版本號(hào)
cversion	節(jié)點(diǎn)所擁有的子節(jié)點(diǎn)被修改的版本號(hào)
aversion	節(jié)點(diǎn)的ACL被修改的版本號(hào)
ephemeralowner	如果此節(jié)點(diǎn)為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)，那么他的值為這個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有者的會(huì)話ID;否則，他的值為0
dataLength	節(jié)點(diǎn)數(shù)長度
numChildren	節(jié)點(diǎn)用的子節(jié)點(diǎn)長度
pzxid	最新修改的zxid,貌似與mzxid重合了

ZooKeeper中的數(shù)據(jù)保證

ZooKeeper 非常快速且非常簡(jiǎn)單。但是，由于它的目標(biāo)是成為構(gòu)建更復(fù)雜服務(wù)（例如同步）的基礎(chǔ)，因此它提供了一組保證。這些都是：

• 順序一致性 - 來自客戶端的更新將按照它們發(fā)送的順序應(yīng)用。
• 原子性 - 更新成功或失敗。沒有部分結(jié)果。
• 單一系統(tǒng)映像 - 客戶端將看到相同的服務(wù)視圖，而不管它連接到的服務(wù)器如何。即，即使客戶端故障轉(zhuǎn)移到具有相同會(huì)話的不同服務(wù)器，客戶端也永遠(yuǎn)不會(huì)看到系統(tǒng)的舊視圖。
• 可靠性 - 應(yīng)用更新后，它將從那時(shí)起持續(xù)存在，直到客戶端覆蓋更新。
• 及時(shí)性——系統(tǒng)的客戶視圖保證在一定的時(shí)間范圍內(nèi)是最新的。

zookeeper簡(jiǎn)單的 API操作

ZooKeeper 的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是提供一個(gè)非常簡(jiǎn)單的編程接口。因此，它僅支持以下操作：
create：在樹中的某個(gè)位置創(chuàng)建一個(gè)節(jié)點(diǎn)
delete : 刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)
exists：測(cè)試節(jié)點(diǎn)是否存在于某個(gè)位置
getACL：獲取數(shù)據(jù)，從節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)
setACL：設(shè)置數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入節(jié)點(diǎn)
getChildren ：獲取子節(jié)點(diǎn)：檢索節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)列表
sync：等待數(shù)據(jù)傳播

執(zhí)行

ZooKeeper 組件展示了 ZooKeeper 服務(wù)的高級(jí)組件。除了請(qǐng)求處理器之外，組成 ZooKeeper 服務(wù)的每個(gè)服務(wù)器都復(fù)制自己的每個(gè)組件的副本。

復(fù)制數(shù)據(jù)庫是包含整個(gè)數(shù)據(jù)樹的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫。更新被記錄到磁盤以便恢復(fù)，寫入在應(yīng)用到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫之前被序列化到磁盤。
每個(gè) ZooKeeper 服務(wù)器都服務(wù)于客戶端。客戶端僅連接到一臺(tái)服務(wù)器以提交請(qǐng)求。從每個(gè)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的本地副本為讀取請(qǐng)求提供服務(wù)。改變服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求，寫請(qǐng)求，由協(xié)議協(xié)議處理。
作為協(xié)議協(xié)議的一部分，來自客戶端的所有寫入請(qǐng)求都被轉(zhuǎn)發(fā)到單個(gè)服務(wù)器，稱為領(lǐng)導(dǎo)者。ZooKeeper 服務(wù)器的其余部分，稱為追隨者，接收來自領(lǐng)導(dǎo)者的消息提議并同意消息傳遞。消息傳遞層負(fù)責(zé)在失敗時(shí)替換領(lǐng)導(dǎo)者并將追隨者與領(lǐng)導(dǎo)者同步。

ZooKeeper 使用自定義原子消息傳遞協(xié)議。由于消息傳遞層是原子的，ZooKeeper 可以保證本地副本永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)散。當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)者收到一個(gè)寫請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)計(jì)算系統(tǒng)在應(yīng)用寫時(shí)的狀態(tài)，并將其轉(zhuǎn)換為捕獲這個(gè)新狀態(tài)的事務(wù)。

用途
ZooKeeper 的編程接口故意簡(jiǎn)單。但是，使用它，您可以實(shí)現(xiàn)更高階的操作，例如同步原語、組成員資格、所有權(quán)等。

ZooKeeper應(yīng)用實(shí)例

為了方便大家理解ZooKeeper，用以下例子說明ZooKeeper是如何實(shí)現(xiàn)的他的服務(wù)的，以ZooKeeper提供的基本服務(wù)分布式鎖為例。

分布式鎖應(yīng)用場(chǎng)景

在分布式鎖服務(wù)中，有一種最典型應(yīng)用場(chǎng)景，就是通過對(duì)集群進(jìn)行Master選舉，來解決分布式系統(tǒng)中的單點(diǎn)故障。什么是分布式系統(tǒng)中的單點(diǎn)故障：通常分布式系統(tǒng)采用主從模式，就是一個(gè)主控機(jī)連接多個(gè)處理節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)分發(fā)任務(wù)，從節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理任務(wù)，當(dāng)我們的主節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，那么整個(gè)系統(tǒng)就都癱瘓了，那么我們把這種故障叫作單點(diǎn)故障。如下圖所示：

傳統(tǒng)解決方案

傳統(tǒng)方式是采用一個(gè)備用節(jié)點(diǎn)，這個(gè)備用節(jié)點(diǎn)定期給當(dāng)前主節(jié)點(diǎn)發(fā)送ping包，主節(jié)點(diǎn)收到ping包以后向備用節(jié)點(diǎn)發(fā)送回復(fù)Ack，當(dāng)備用節(jié)點(diǎn)收到回復(fù)的時(shí)候就會(huì)認(rèn)為當(dāng)前主節(jié)點(diǎn)還活著，讓他繼續(xù)提供服務(wù)。如下圖所示：

而當(dāng)主節(jié)點(diǎn)掛了，這時(shí)候備用節(jié)點(diǎn)收不到回復(fù)了，然后他就認(rèn)為主節(jié)點(diǎn)掛了接替他成為主節(jié)點(diǎn)。如下圖所示：

但是這種方式就是有一個(gè)隱患，就是網(wǎng)絡(luò)問題，來看一網(wǎng)絡(luò)問題會(huì)造成什么后果，如下圖7.5所示：

也就是說我們的主節(jié)點(diǎn)的并沒有掛，只是在回復(fù)的時(shí)候網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，這樣我們的備用節(jié)點(diǎn)同樣收不到回復(fù)，就會(huì)認(rèn)為主節(jié)點(diǎn)掛了，然后備用節(jié)點(diǎn)將他的Master實(shí)例啟動(dòng)起來，這樣我們的分布式系統(tǒng)當(dāng)中就有了兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)也就是雙Master，出現(xiàn)Master以后我們的從節(jié)點(diǎn)就會(huì)將它所做的事一部分匯報(bào)給了主節(jié)點(diǎn)，一部分匯報(bào)給了從節(jié)點(diǎn)，這樣服務(wù)就全亂了。為了防止出現(xiàn)這種情況，我們引入了ZooKeeper，它雖然不能避免網(wǎng)絡(luò)故障，但它能夠保證每時(shí)每刻只有一個(gè)Master。下面來看一下ZooKeeper是如何實(shí)現(xiàn)的。

ZooKeeper解決方案

Master啟動(dòng)

在引入了Zookeeper以后我們啟動(dòng)了兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)，“主節(jié)點(diǎn)-A"和"主節(jié)點(diǎn)-B"他們啟動(dòng)以后，都向ZooKeeper去注冊(cè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)。我們假設(shè)"主節(jié)點(diǎn)-A"鎖注冊(cè)地節(jié)點(diǎn)是"master-00001”，“主節(jié)點(diǎn)-B"注冊(cè)的節(jié)點(diǎn)是"master-00002”，注冊(cè)完以后進(jìn)行選舉，編號(hào)最小的節(jié)點(diǎn)將在選舉中獲勝獲得鎖成為主節(jié)點(diǎn)，也就是我們的"主節(jié)點(diǎn)-A"將會(huì)獲得鎖成為主節(jié)點(diǎn)，然后"主節(jié)點(diǎn)-B"將被阻塞成為一個(gè)備用節(jié)點(diǎn)。那么，通過這種方式就完成了對(duì)兩個(gè)Master進(jìn)程的調(diào)度。
　　　　　　　　　　　　　　

Master故障

如果"主節(jié)點(diǎn)-A"掛了，這時(shí)候他所注冊(cè)的節(jié)點(diǎn)將被自動(dòng)刪除，ZooKeeper會(huì)自動(dòng)感知節(jié)點(diǎn)的變化，然后再次發(fā)出選舉，這時(shí)候"主節(jié)點(diǎn)-B"將在選舉中獲勝，替代"主節(jié)點(diǎn)-A"成為主節(jié)點(diǎn)。

Master 恢復(fù)

如果主節(jié)點(diǎn)恢復(fù)了，他會(huì)再次向ZooKeeper注冊(cè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這時(shí)候他注冊(cè)的節(jié)點(diǎn)將會(huì)是"master-00003"，ZooKeeper會(huì)感知節(jié)點(diǎn)的變化再次發(fā)動(dòng)選舉，這時(shí)候"主節(jié)點(diǎn)-B"在選舉中會(huì)再次獲勝繼續(xù)擔(dān)任"主節(jié)點(diǎn)"，"主節(jié)點(diǎn)-A"會(huì)擔(dān)任備用節(jié)點(diǎn)。

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